沭水東調隧洞施工質量和進度控制措施與創新

梁其東

(1.日照市供水工程管理處,山東日照 276800;2.山東建筑大學,山東濟南 250012)

沭水東調隧洞施工質量和進度控制措施與創新

梁其東1,2

(1.日照市供水工程管理處,山東日照 276800;2.山東建筑大學,山東濟南 250012)

較復雜地質條件下隧洞施工技術和進度控制一直是隧洞施工的關鍵難題。特別是小斷面長距離引水隧洞,運行中承受高流速、大流量、糙度、施工質量要求高,工期容易拖延。本文敘述了沭水東調引水隧洞為了提高洞挖施工質量和進度而采取的措施,包括優化開挖斷面、采用機械出渣;加強打鉆風力供應;增加通風排煙設備,采取接力方式通風;提高光面爆破效果;合理安排洞內支護,盡量減少對洞挖的影響,并對措施的可行性進行了分析。

引水隧洞 優化斷面 供風通風 支護施工進度 質量 工作面 開挖斷面 措施

大型隧洞工程施工質量和進度控制是一項極其復雜的工作，在大型隧洞工程中，質量和進度的控制是保證工程是否能夠按期完成、節約工程成本和合理安排資源供應的重要依據，因此，需要對大型工程施工質量和進度計劃問題進行研究。論文引入隧洞工程施工組織設計與施工管理領域，可以得到最樂觀工期和最悲觀工期，從而提高施工組織設計的現代化水平和效率。結合隧洞施工實際，現場考察復雜地質條件下鉆爆掘進施工、帷幕管棚灌槳工作流程、鋼拱架支護等隧洞工程建設工作，學習現場組織管理、專業隊伍配備、施工材料選擇等施工組織方案設計，并與中鐵十四局、二十三局管理施工負責同志座談，虛心聽取工作介紹，交流建設、施工、管理經驗方法。

1 工程概況

沭水東調引水隧洞主洞樁號3+900～22+268，長18368m；支洞六條、長4766m，為無壓流隧洞，洞身為城門洞形，斷面尺寸為3.4×3.0m加半圓拱，半圓拱直徑3.4m。依據巖石類別確定復合襯砌和錨噴支護兩類支護形式。工程采用鉆爆法施工，采用全斷面和臺階開挖結合的施工方式。本工程由浙江隧洞工程公司、中鐵十四局、中鐵二十三局，洞挖合同工期為32個月。根據已有地質條件推斷，斷層寬度大約為5～10m，考慮到斷層產狀不穩定，裂面扭曲、起伏較大，局部寬度可能達到20m，斷層帶主要組成物質為炭質泥巖，含砂巖透鏡體夾雜松散泥土；破碎帶內揉皺發育，巖體松散，穩定性極差，斷層下盤分布巖石、硅質巖及泥灰巖，巖體以薄層至中層狀為主，巖體破碎；沿下裂面地下水較豐富，斷層破碎帶及影響帶巖石受地下水影響，性狀極差，難以自穩。針對洞線長、洞室斷面小長。小則是指斷面尺寸在20平米以內，受斷面尺寸限制無法在施工中運用高效的大型機械設備；長則受距離限制，帶來供風、供電、排水、出渣等問題。同時這類隧洞也有單位長度開挖量和出渣量小，受地質影響較小、安全支護比較方便等優點，長隧洞一般具有斷面形式改變較少、縱向坡度較小的優點。

2 引水隧洞的開挖及支護質量控制

針對地質條件復雜，開挖斷面較小的特點，分別采用錨噴支護和復合襯砌兩種支護方式。總監對施工質量的控制重點主要是對開挖施工措施和支護方案審批、對爆破質量和支護質量控制。對施工掌子面和已完成支護段變形勤觀察，并將檢查結果及時報現場監理和設計代表，以便及時采取措施。

2.1 隧洞開挖質量控制

為保證開挖不欠挖并且超挖控制在允許范圍內，要求各承包商首先進行爆破專項方案的編制和會審，并在施工中首先進行光面爆破試驗。對于爆破孔的布置、方向、裝藥量、起爆分段等，監理、施工、業主方及外聘專家共同參與研究，在施工現場共同對爆破參數結果進行分析研究，根據爆破實驗，調整各種爆破參數，以取得最優的爆破效果。進尺作為一項重要的爆破參數，也應與循環時間協同考慮，以取得最佳的循環進尺。最終確定最優的爆破方案，并設計最優的爆破作業指導書，用于爆破施工參考；鉆孔設備的選擇，盡管二臂臺車三臂臺車鉆孔的工作效率比手風鉆鉆孔高，但由于隧洞內間小，而且單位面積的鉆孔數比大洞多，多臂鉆的效率不能充分發揮，而手風鉆可以通過采用長、短釬的作業方式或先導洞后擴挖的施工方法，充分發揮其優勢，所以應優先選用手風鉆。

在開挖掘進過程中，監理對各工序進行嚴格監控，為保證布孔準確，必須準確標定圓心、切點、頂點和底板邊界點。爆孔的確定包括間距尺寸、方向和濃度。裝藥前要嚴格用高壓風將鉆孔內余渣清干凈，以防塞管時卡孔然后將制作好的起爆體裝入相應孔內，并嚴格毫秒起爆。

在施工中質量控制難點是地質較差的軟巖石，為了減少成孔難度，避免坍孔，采用水循環跟管鉆進，對于此類Ⅳ、Ⅴ圍巖和地下水豐富的地段。開孔時鉆機速度要慢，壓力要小，根據地層及鉆機情況隨時調整鉆壓及鉆速，以保證成孔精度，采用“短進尺，弱爆破、加密爆孔數、縮小間距” “先降水、再加固、短進尺、強支護、快封閉”的原則，鉆進中要經常使用側斜儀量測鉆孔的偏斜度，發現偏斜超過要求及時糾正。鉆進中如遇異常情況，應立即停鉆查明原因。對于地下水豐富的洞段發生過炸藥被水沖出的難題，采用先打排水孔將大量水排出，再采用木棒堵塞炮孔從而保證了炮孔質量。將因地質因素造成的超挖控制在最小范圍內。軟巖開挖施工在剛開始進洞應進行超前支護，待圍巖硬化固結后，即可開挖洞室，隧洞開挖以人工為主，并輔以ZL-50型裝載機挖掘、配5T自卸汽車出渣。開挖進尺嚴格控制在0.5～1.0m以內。自開始進洞，按照設計要求及時設置鋼拱架、掛網、系統錨桿、噴射混凝土；每隔0.5m布置一榀鋼筋格柵拱架及垂直鋼筋桁架。并加打錨桿、掛網和噴射混凝土。系統錨桿間距1.0m，使用25鋼筋，L=4.5m，深入圍巖4.0m，外露0.5m，梅花型布置；鋼筋掛網Φ6.5@200*200；系統錨桿、掛網與鋼筋格柵相互焊接牢固。兩榀拱架之間，使用Φ20@400鋼筋縱向連接，要焊接牢固。支承結構完成后，頂拱噴混凝土(C20)20cm。在開挖過程中，如遇拱部鋼管露出，使用Φ25鋼筋把鋼筋拱架和鋼管焊成一體，使鋼拱架，噴混凝土和鋼管棚形成整體的支護體系，保證了與圍巖緊密結合共同受力，從而進一步提高了 “圍巖支護體系”的承載能力。

2.2 臨時支護質量控制

隧洞區地質構造復雜，區內有局域性斷裂通過，構造形跡主要表現為一系列NE向緊密褶皺，在工程設計和招標中就明確三方要據現場開挖實際情況，三方地質工程師均需到位，因地制宜的確實圍巖類別，從面采用相應的支護措施。主要的臨時支護措施有錨噴和鋼支撐。在地下水較豐富和受不利結構面組合的洞段，采用鋼支撐和錨桿支護，錨桿施工是重要控制點，一般采用2.5-3.0米錨桿。現場監理要指定錨桿位置和錨孔方向，并檢查驗收孔深和方向，現場監理要實行現場旁站監理，并及時作拉拔實驗平行檢驗，確保每根錨桿質量符合要求。鋼支撐質量控制首先要求承包商對接點進行加固處理，接頭是鋼拱架受力薄弱部位，鋼拱架必須基礎牢固并緊貼巖面，巖面與鋼拱架間隙用8個的鋼筋網填沖，增加受力點，鋼拱架必須與錨桿連接成一個整體。對于無地下水地質條件較好的洞段，一般采用掛網錨支護，錨桿施工和噴護施工是重點，噴砼表面要平整，無夾層砂包、脫空、露筋等情況，在結構接縫部位噴層要有良好搭接，不存在貫穿性裂縫。

2.3 不良地質段的處理

在不良地質區段由于圍巖較差或開挖支護不當受節理、構造破碎等影響易發生塌方。在隧洞施工過程中，由于圍巖風化嚴重及軟巖地段，裂隙發育及裂隙水嚴重的情況下造成隧洞塌方，塌方處理以外鋼拱架支護回填砼進行鎖口以防止塌方擴展，向塌方區內填渣，鎖口砼處用紡織袋裝渣封堵，同時設置4寸引水管3根長5米仰角大于45度貼緊巖襞放置，向鎖口段封堵腔內回填砼應比正常拱高壓20-30厘米，并在此以上放置鋼筋并放置早強劑。待凝7天后進行短進尺小藥量光爆開挖，隨即連續鋼拱架并進行二次襯砌砼施工，使之形成馬蹄形鋼筋砼后進行下一循環開挖，全塌方段打通后再進行導洞向前開挖，采用光爆擴洞開挖及超前導管、錨桿、鋼拱架支撐等掘進措施直至無水滲漏、巖石變好的洞段再進行正常施工。（如圖1）

2.4 管棚施工方法

(1)管棚施工準備工作：將洞內避車道處整平作為管棚施工材料堆放場地，在管棚起點掌子面做30cm厚的噴射混凝土防護墻，用以穩定掌子面并防止管棚注漿時漿液溢出，同時從管棚起點掌子面往外5m頂拱180˙范圍打Φ25系統錨桿，L=4.5m，間排距1.5m×1.5m，外露30cm，用以待第一段管棚安裝就位與管棚挑出部分進行焊接連接以分擔管棚部分挑梁荷載。(2)管棚定位為防止鉆孔進入開挖斷面，給以適當的上抬量30cm和外傾角度1.0°～2.0°，充分考慮到上抬量和外傾角度后，正確算出各鉆孔位置，測量定出各鉆孔的位置和傾角。(3)鉆機就位使用工字鋼制作成作業平臺，將MK-5型鉆機安放固定在平臺上，連接管路，接通電源。鉆孔檢查合格后，將Ф115鋼管連續接長度裝入鉆孔內。鋼管連接采用絲扣連接，絲扣長度不小于15cm。鋼管按要求進行加工。加工時，首根鋼管的端部加工成錐型。為保證漿液在各斷面比較均勻分布，水泥漿液固結圍巖，提高圍巖的自承能力；鋼管全長打直徑10.0mm的花眼，沿周長方向設4個，孔間距為30.0cm，梅花型布置；把事先加工好的鋼管，以內外絲扣連接，逐根頂入孔內，要求管間絲扣連接牢固，相鄰兩根管絲扣位置錯開至少1.0m，每個斷面上絲扣總和小于50%。

3 混凝土施工質量控制

混凝土單元工程實行全過程質量控制共有五道工序組成，即基礎面或施工縫處理工序；模板工序；鋼筋工序；止水、伸縮縫和灌漿管安裝工序；混凝土澆筑工序。在這五道工序中，監理工程師以鋼筋和拱架制安、混凝土澆筑工序為重點控制。為確保施工安全和質量對部分洞段襯砌進行特殊處理。

3.1 工序質量控制

(1)基礎面或砼施工縫處理、止水、伸縮縫和小導管灌漿工序驗收，在驗收過程中基礎面應無松動巖石，地表水和地下水應封堵或引排，巖石面沖洗干凈，無積水積渣雜物；砼表面無乳皮或毛面，表面沖洗干凈，無積水，無渣雜物，軟巖基面處理止水、伸縮縫等安裝符合規范要求。(2)模板質量控制。隧洞工程采用的是鋼模臺車，鋼模臺車安裝工序質量關系到二襯砼形狀、位置等指標能否符合設計要求，是保證建筑物外觀質量的關鍵。在工序檢查過程中，用全站儀檢查臺車的相對位置和絕對高度，將臺車的中心線偏差與隧洞軸線差控制在5毫米以內，臺車模板面必須清洗干凈并且打上脫模劑。

3.2 施工質量控制

錨噴和復合襯砌砼施工質量的關鍵在于：必須確保鋼筋的型號、規模、間距、搭接長度、鋼筋的焊接質量現場取樣試驗等符合設計和規范要求；澆筑中必須按批準的配合比進行拌料，保證澆筑的連續性的振搗的密實；隧洞封拱旁站督促澆滿。外觀質量剛開始時起弧部位較差，出現麻面局部漏振，監理工程師分析原因要求承包商在臺車上增開工作孔或增安附振器，外觀質量得到改觀。對塌方較大或巖體較破碎洞段要求承包商埋管，以保證澆筑飽滿和重點考慮該部位灌漿；因當時地下水活動較強，巖體受結構面切割及其不利組合影響，松弛破碎， 頂拱圍巖卸荷松弛嚴重，存在松動巖塊和潛在的楔形失穩體，圍巖穩定性差，導致頂拱超挖較大，臨時支護采用鋼支撐，清除頂拱松動巖塊施工難度大且易導致發生較大規模塌方安全隱患。針對上述問題作出了以下處理：對較大松動塊體要求承包商用錨桿進行錨固；頂拱超挖較高部位將混凝土泵管伸到較高點處，嚴密封閉擋頭模，使混凝土填空密實；預埋回填固接灌漿管，根據實際情況加密灌漿管的埋設并作好現場記錄，并進行針對性的回填或灌漿。

4 引水隧洞施工進度控制

沭水東調水工隧洞工程總體建設計劃2013年12月開工，2016年8月竣工，建設工期38個月。根據工程實際情況，建設項目分期實施。目前正在實施的隧洞工程，根據施工合同約定和總體進度安排，開工令下達后20個月(2015年9月26日)主體工程貫通，開工令下達后30個月(2016年7月26日)主體工程具備通水條件。本引水隧洞工程施工地質復雜，地下水豐富，風、水、電、路、出渣、排水各工序互相制約，施工難度大。五、六號支洞地下水豐富，地質復雜，連續次出現塌方，成為制約工期的關鍵線路。監理、業主、設計與施工單位積極配合，在施工中采取的主要進度控制措施有：(1)合理安排多工作面、多工序間的平行交叉作業及工序銜接關系，做到“平面多工序”，達到提高工作效率和有效利用施工通道，節省直線工期的目的。充分考慮洞內開挖及支護施工平行交叉作業、混凝土澆筑與灌漿施工平行交叉作業的施工干擾，統籌安排施工程序，加強各工作面的防干擾安全措施，努力提高工作面的工作效率。緊緊圍繞通航隧洞出口施工→通航隧洞洞身施工這一關鍵線路組織本標的施工，根據施工組織設計方案和各項目施工特點，編制施工進度，在確保關鍵線路節點工期的同時，求得總進度協調進展。嚴格按照調整后的控制性工期要求，在總體進度安排時，對同一部位各道工序之間工期分配進行通盤考慮。在總體進度執行正常情況下，力求實現均衡生產，文明施工。(2)認真調查、研究工程地質、水文、氣象資料和市場情況，結合類似工程施工經驗，制定切合工程實際的各施工階段的技術方案、措施，以及應急技術措施，做好技術交底，建立技術檔案，使技術管理科學化、信息化。同時抓好新技術、新材料、新工藝的推廣運用，組織科技攻關小組和QC活動小組，及時解決施工中出現的問題、難題。由于承包商施工組織存在漏洞，監理工程師先后五次向施工單位發文要求更換作業隊伍，增加機械設備，加強內部管理，督促承包商加快施工進度，取得了良好效果。(3)根據擬采用的施工方案和控制節點工期的要求，找出各標段關鍵線路。合理設置引水隧洞施工支洞，為合理開辟多個工作面，實現長洞短打，合理設置施工支洞以縮短施工工期。支洞應以滿足均衡施工要求，既要經濟又要要滿足施工要求，要辯證的認識，盡管支洞可以長洞短打，但應考慮地形、地質、工期、效益多方面因素。合理設置豎向能風井有利于隧洞通風排煙、節省時間；監理工程師在業主支持與設計、施工單位的積極配合下，在隧洞施工過程中，采取的主要進度控制措施有由于承包商施工管理存在漏洞，總之，沭水東調水工隧洞工程施工質量和進度控制較為成功，與各方密切配合分不開。臨時支護方案和質量，在施工期內未發生大的質量和安全事故。

梁其東,總工程師,工程碩士,高級工程師。